ENERGI CAHAYA: KARAKTERISTIK, JENIS, PEROLEHAN, CONTOH - ILMU - 2025

The energi cahaya atau cahaya adalah cahaya yang membawa gelombang elektromagnetik. Ini adalah energi yang membuat dunia di sekitar kita terlihat dan sumber utamanya adalah Matahari, yang merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik, bersama dengan bentuk radiasi tak terlihat lainnya.

Gelombang elektromagnetik membentuk interaksi dengan materi dan mampu menghasilkan berbagai efek sesuai dengan energi yang dibawanya. Dengan demikian, cahaya tidak hanya memungkinkan objek untuk dilihat, tetapi juga menghasilkan perubahan materi.

Gambar 1. Matahari adalah sumber energi cahaya utama di Bumi. Sumber: Pixabay.

Karakteristik energi cahaya

Di antara karakteristik utama energi cahaya adalah:

-Itu memiliki sifat ganda: pada tingkat makroskopik cahaya berperilaku seperti gelombang, tetapi pada tingkat mikroskopis ia menunjukkan sifat partikel.

-Ini diangkut dengan paket atau "kuanta" cahaya yang disebut foton. Foton kekurangan massa dan muatan listrik, tetapi foton dapat berinteraksi dengan partikel lain seperti atom, molekul, atau elektron dan mentransfer momentum ke foton.

-Itu tidak membutuhkan media material untuk menyebar. Anda dapat melakukannya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Energi cahaya tergantung pada frekuensi gelombang. Jika kita menyatakan energi dan f sebagai frekuensi sebagai E, energi cahaya diberikan oleh E = hf di mana h adalah konstanta Planck, yang nilainya adalah 6,625 10 ^–34 J • s. Semakin tinggi frekuensinya, semakin banyak energi.

-Seperti jenis energi lainnya, energi diukur dalam Joule (J) dalam Sistem Satuan Internasional SI.

-Panjang gelombang cahaya tampak antara 400 dan 700 nanometer. 1 nanometer, disingkat nm, sama dengan 1 x 10 ^-9 m.

-Frekuensi dan panjang gelombang λ dihubungkan oleh c = λ.f, oleh karena itu E = hc / λ.

Jenis energi cahaya

Energi cahaya dapat diklasifikasikan menurut sumbernya dalam:

-Alam

-Buatan

Gambar 2. Spektrum cahaya tampak dari gelombang elektromagnetik adalah pita berwarna sempit. Sumber: F. Zapata.

Energi cahaya alami

Sumber alami energi cahaya par excellence adalah Matahari. Sebagai bintang, Matahari memiliki reaktor nuklir di pusatnya yang mengubah hidrogen menjadi helium melalui reaksi yang menghasilkan energi dalam jumlah besar.

Energi ini meninggalkan Matahari dalam bentuk cahaya, panas dan jenis radiasi lainnya, terus menerus memancarkan sekitar 62.600 kilowatt untuk setiap meter persegi permukaan -1 kilowatt setara dengan 1000 watt, yang selanjutnya sama dengan 1000 joule / detik-.

Tumbuhan menggunakan sebagian besar energi ini untuk melakukan fotosintesis, proses penting yang membentuk dasar kehidupan di Bumi. Sumber cahaya alami lainnya, tetapi dengan energi yang jauh lebih sedikit, adalah bioluminescence, sebuah fenomena di mana organisme hidup menghasilkan cahaya.

Petir dan api adalah sumber energi cahaya lainnya di alam, yang pertama tidak dapat dikendalikan dan yang terakhir telah menyertai umat manusia sejak zaman prasejarah.

Energi cahaya buatan

Sedangkan untuk sumber energi cahaya buatan, mereka memerlukan pengubahan jenis energi lain, seperti listrik, kimia atau kalor, menjadi cahaya. Bola lampu pijar termasuk dalam kategori ini, yang filamennya sangat panas memancarkan cahaya. Atau juga cahaya yang didapat melalui proses pembakaran, seperti nyala lilin.

Sumber energi cahaya yang sangat menarik adalah laser. Ini memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang termasuk kedokteran, komunikasi, keamanan, komputasi, dan teknologi dirgantara, antara lain.

Gambar 3. Sebuah mesin pemotong menggunakan laser untuk membuat pemotongan industri dengan presisi tinggi. Sumber: Pixabay.

Kegunaan energi cahaya

Energi cahaya membantu kita berkomunikasi dengan dunia di sekitar kita, bertindak sebagai pembawa dan pemancar data dan memberi tahu kita tentang kondisi lingkungan. Orang Yunani kuno sudah menggunakan cermin untuk mengirim sinyal dengan cara yang belum sempurna dalam jarak jauh.

Saat kita menonton televisi, misalnya, data yang dipancarkannya, dalam bentuk gambar, sampai ke otak kita melalui indera penglihatan, yang membutuhkan energi cahaya untuk meninggalkan jejak di saraf optik.

Omong-omong, untuk komunikasi telepon, energi cahaya juga penting, melalui apa yang disebut serat optik yang menghantarkan energi cahaya, meminimalkan kerugian.

Yang kita ketahui tentang objek jauh adalah informasi yang diterima melalui cahaya yang dipancarkannya, dianalisis dengan berbagai instrumen: teleskop, spektrograf, dan interferometer.

Bantuan pertama untuk mengumpulkan bentuk objek, kecerahannya - jika banyak foton mencapai mata kita, itu adalah objek yang berkilau - dan warnanya, yang bergantung pada panjang gelombang.

Ini juga memberi gambaran tentang pergerakannya, karena energi foton yang dideteksi oleh pengamat berbeda ketika sumber yang memancarkannya sedang bergerak. Ini disebut efek Doppler.

Spektrograf mengumpulkan cara cahaya ini didistribusikan - spektrum - dan menganalisisnya untuk mendapatkan gambaran tentang komposisi objek. Dan dengan interferometer, Anda dapat membedakan cahaya dari dua sumber, meskipun teleskop tidak memiliki resolusi yang cukup untuk membedakan keduanya.

Efek fotovoltaik

Energi cahaya yang dipancarkan matahari dapat diubah menjadi listrik berkat efek fotovoltaik, yang ditemukan pada tahun 1839 oleh ilmuwan Prancis Alexandre Becquerel (1820-1891), ayah dari Henri Becquerel, yang menemukan radioaktivitas.

Hal ini didasari fakta bahwa cahaya mampu menghasilkan arus listrik, dengan menerangi senyawa silikon semikonduktor yang mengandung pengotor unsur lain. Itu terjadi ketika cahaya menerangi material, ia mentransfer energi yang meningkatkan mobilitas elektron valensi, dan dengan demikian meningkatkan konduksi listriknya.

Memperoleh

Sejak awal berdirinya, umat manusia telah berusaha untuk mengontrol segala bentuk energi, termasuk energi cahaya. Terlepas dari kenyataan bahwa Matahari menyediakan sumber yang hampir tidak ada habisnya di siang hari, cahaya selalu diperlukan untuk melindungi dirinya dari pemangsa dan terus melaksanakan tugas yang dimulai pada siang hari.

Dimungkinkan untuk memperoleh energi cahaya melalui beberapa proses yang dapat dikontrol dengan beberapa cara:

-Pembakaran, ketika membakar suatu zat, zat itu teroksidasi, mengeluarkan panas dan seringkali cahaya selama prosesnya.

-Incandescence, saat memanaskan filamen tungsten misalnya, seperti pada bohlam listrik.

Gambar 4. Lampu pijar bekerja dengan mengalirkan arus listrik melalui filamen tungsten. Saat dipanaskan, ia memancarkan panas dan cahaya. Sumber: Pixabay.

-Luminescence, dalam efek ini cahaya diproduksi oleh zat tertentu yang menarik dengan cara tertentu. Beberapa serangga dan alga menghasilkan cahaya, yang disebut bioluminescence.

-Electroluminescence, ada bahan yang memancarkan cahaya ketika distimulasi oleh arus listrik.

Dengan salah satu metode ini, cahaya diperoleh secara langsung, yang selalu memiliki energi cahaya. Sekarang, menghasilkan energi cahaya dalam jumlah besar adalah hal lain.

Keuntungan

-Energi cahaya memiliki peran yang sangat relevan dalam transmisi informasi.

-Menggunakan energi cahaya dari Matahari gratis, itu juga merupakan sumber yang hampir tidak ada habisnya, seperti yang telah kami katakan.

-Energi cahaya, dengan sendirinya, tidak mencemari (tetapi beberapa proses untuk mendapatkannya bisa jadi).

-Di tempat di mana sinar matahari berlimpah sepanjang tahun, dimungkinkan untuk menghasilkan listrik dengan efek fotovoltaik dan dengan demikian mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.

-Fasilitas yang memanfaatkan energi cahaya Matahari mudah dirawat.

Paparan sinar matahari yang singkat diperlukan tubuh manusia untuk mensintesis vitamin D, penting untuk kesehatan tulang.

-Tanpa energi cahaya, tumbuhan tidak dapat melakukan fotosintesis, yang merupakan dasar kehidupan di Bumi.

Kekurangan

-Ini tidak dapat disimpan, tidak seperti jenis energi lainnya. Tetapi sel fotovoltaik dapat didukung oleh baterai untuk memperpanjang penggunaannya.

-Pada prinsipnya, fasilitas yang memanfaatkan energi cahaya mahal dan juga membutuhkan ruang, meskipun biaya menurun seiring waktu dan perbaikan. Material baru dan sel fotovoltaik fleksibel saat ini sedang diuji untuk mengoptimalkan penggunaan ruang.

Paparan sinar matahari yang berkepanjangan atau langsung menyebabkan kerusakan pada kulit dan penglihatan, tetapi terutama karena radiasi ultraviolet, yang tidak dapat kita lihat.

Contoh energi cahaya

Sepanjang bagian sebelumnya kami telah menyebutkan banyak contoh energi cahaya: sinar matahari, lilin, laser. Secara khusus, ada beberapa contoh energi cahaya yang sangat menarik, karena beberapa efek yang disebutkan di atas:

Lampu LED

Gambar 5. Lampu LED lebih efisien daripada lampu pijar, karena mengeluarkan lebih sedikit panas dan memancarkan energi cahaya lebih lama. Sumber: Pixabay.

Nama lampu LED berasal dari Bahasa Inggris Light Emitting Diode dan diproduksi dengan melewatkan arus listrik intensitas rendah melalui bahan semikonduktor, yang sebagai tanggapannya memancarkan cahaya yang kuat dan berkinerja tinggi.

Lampu LED bertahan lebih lama daripada lampu pijar tradisional dan jauh lebih efisien daripada lampu pijar tradisional, di mana hampir semua energi diubah menjadi panas, bukan cahaya. Itulah sebabnya mengapa lampu LED tidak terlalu mencemari, meskipun biayanya lebih tinggi daripada lampu pijar.

Bioluminescence

Banyak makhluk hidup yang mampu mengubah energi kimia menjadi energi cahaya, melalui reaksi biokimia di dalamnya. Serangga, ikan dan bakteri antara lain mampu menghasilkan cahaya sendiri.

Dan mereka melakukannya untuk alasan yang berbeda: perlindungan, menarik pasangan, sebagai sumber untuk menangkap mangsa, untuk berkomunikasi dan jelas, untuk menerangi jalan.

Referensi

1. Blair, B. Dasar-dasar Cahaya. Diperoleh dari: blair.pha.jhu.edu
2. Energi matahari. Efek fotovoltaik. Diperoleh dari: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Mengintegrasikan Sains. 6. Edisi. McGraw Hill.
4. Universe Today. Apa itu Energi Cahaya. Diperoleh dari: universetoday.com.
5. Vedantu. Energi Cahaya. Diperoleh dari: vedantu.com.
6. Wikipedia. Energi cahaya. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.